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SiC薄膜及其缓冲层的制备与性能研究

范文宾  
【摘要】: SiC材料具有良好的电学特性和力学特性,是一种非常理想的可适应诸多恶劣环境的半导体材料。它禁带宽度较大,有热传导率高、耐高温、抗腐蚀、化学稳定性高等特点,用于作为半导体器件和结构材料的表面涂层,具有广阔的市场和应用前景。 本文采用射频磁控溅射法,在单晶硅Si(100)和不锈钢衬底上在室温下制备了非晶态SiC薄膜,然后经退火处理得到晶态SiC薄膜。为了提高SiC薄膜的膜基结合力,用磁控溅射法制备了TiN、Al2O3和A1N薄膜缓冲层。分析了衬底、工作气压、气体流量、溅射功率和退火温度对薄膜结构的影响。重点研究和讨论了不锈钢以及单晶硅衬底上生长SiC薄膜的工艺及其对薄膜生长和性能的影响。通过XRD, AFM, PL谱,硬度测试等分析手段,对薄膜结构、形貌及光学性质和力学性能进行了表征。主要内容如下: 第一章简述了SiC晶体结构、特性、制备方法以及常见SiC材料的研究现状和应用前景。通过对SiC的晶体结构、特性和制备工艺的分析,达到对SiC材料的进一步了解。 第二章介绍了磁控溅射制备薄膜材料的原理,叙述了薄膜的沉积过程,并综述了薄膜的表征技术。 第三章研究了在不同衬底上磁控溅射制备薄膜的工艺参数,如溅射气压、Ar流量、溅射偏压和退火温度对射频磁控溅射法沉积的SiC薄膜的影响;利用XRD、AFM和硬度测试表征了沉积SiC薄膜的结构、形貌和性能。 第四章探讨了磁控溅射制备TiN、Al2O3和AlN薄膜缓冲层的工艺,分析了衬底、工作气压、气体流量、溅射功率和退火温度对缓冲层生长的影响。 第五章对比了SiC单层膜与引入TiN、Al2O3和AlN缓冲层的SiC双层膜的性能,分析了退火对Si(100)衬底上薄膜的光学性能的影响和退火对不锈钢衬底上SiC薄膜硬度的影响。 第六章得出结论与展望。


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